ВОЗДУШНО-КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Для обеспечения работы высотных стендов создаются сложные дорогостоящие ВКС, которые состоят из систем подачи, нагрева, осушения и охлаждения воздуха, систем охлаждения и отсоса выхлопных газов, а также систем контроля и управления. Высокая стоимость систем и сложность эксплуатации обусловливают возможность их создания в составе крупных испытательных центров, включающих в себя несколько больших высотно-скоростных стендов, предназначенных для испытаний двигателей в разных диапазонах параметров, и комплексы более простых стендов для испытаний отдельных узлов и элементов двигателя. Рассмотрим основные системы, входящие в состав исследовательских центров.

Система подачи воздуха. Для обеспечения работы высотно-скоростных стендов необходимо подать воздух с расходом несколько сот килограмм в секунду. При испытаниях в термобарокамерах с обдувом двигателя потребный расход увеличивается. Система подачи воздуха должна обеспечить на входе в двигатель давление при работе различных стендов от 1 до 500 кПа. Поэтому компрессорные станции испытательных комплексов состоят из нескольких ступеней, каждая из которых, в свою очередь, состоит из нескольких компрессоров. Например, в комплексе ASTF (США) (рис. 4.11) подача воздуха к стендам осуществляется компрессорной установкой, состоящей из двух * ступеней. Первая ступень включает в себя четыре компрессора с приводом мощностью 20,3 МВт. Вторая ступень состоит из двух компрессоров с приводом мощностью 38,7 МВт. Степень повышения давления компрессоров одной ступени p*_к=3,2. Компрессоры могут работать как параллельно, так и последовательно.

Управление подачей воздуха к испытательным стендам осуществляется с помощью системы автоматического регулирования на базе управляющей ЭВМ, а также сложной системы перепуска, затворов и клапанов.

Рис. 4.11. Схема испытательного комплекса ASTF (США):

К - компрессор; ВХ - входной холодильник; XT – холодильная турбина; ТБК-1. ТБК-2 - термобарокамеры; ГХ - холодильный агрегат; Э - компрессоры-эксгаустеры: 1 - клапаны; 2 - перепуск воздуха; 3 - разделитель: 4 - смеситель

Оборудование подогрева и охлаждения воздуха. Потребная температура на входе в двигатель зависит от того, какие скорости полета имитируются. Она может меняться в очень широких пределах. После компрессорной станции температура воздуха имеет порядок Т_вх»130...150 °С. Поэтому в состав испытательных комплексов включаются сложные системы подогрева и охлаждения воздуха. Подогрев воздуха может осуществляться тремя способами:

1) подогрев воздуха путем прямого сжигания топлива в потоке. Для этого в воздушном тракте устанавливается камера сгорания. При этом не требуется громоздких теплообменников и температура может быть повышена до 1000...1500 К. Однако в результате сжигания топлива в потоке газов уменьшается содержание кислорода и появляются продукты сгорания. В какой-то мере состав воздуха может быть восстановлен путем введения в воздух кислорода в необходимых количествах. Но наличие продуктов сгорания в потоке оказывает существенное влияние на процессы в двигателе и в особенности в камерах сгорания;

2) «чистый» подогрев воздуха в теплообменниках. Этот способ позволяет получить более достоверные характеристики двигателей, так как в подогретом воздухе не содержится продуктов сгорания. Для этого часть воздуха из общей системы подается в камеру сгорания, откуда горячие газы направляются в теплообменник, проходят по его трубкам и выбрасываются наружу. Большая часть воздуха проходит межтрубное пространство теплообменника, где нагревается. Подогрев в таких системах может достигать Т=600°С. Прочностные характеристики теплообменников затрудняют подогрев до более высокой температуры;

3) подогрев в регенераторах кауперного типа. Теплообменники кауперного типа представляют собой помещения, в которых в определенном порядке установлены чугунные отливки, имеющие большую массу. Кауперы предварительно разогреваются. Для этого через них пропускается воздух, нагретый в специальных камерах сгорания. Затем через каупер пропускается воздух, который нагревается за счет аккумулирования тепла теплообменника. Время и температура нагрева зависят от соотношения массы камеры каупера и расхода воздуха.

Рис. 4.12. Холодильная установка:

И₁, И₂ - испарители; КД - конденсатор; ПС - стабилизатор давления; ИЖ - инжектор; ЭД - электродвигатель; ПП - редуктор; КМ - компрессор и холодильная турбина; I, II - ступени компрессора

Чтобы обеспечить длительные испытания, необходимо предусмотреть в системе несколько кауперных установок, установленных параллельно, часть которых должна действовать на рабочем режиме, а часть - в режиме подогрева.

Кауперы могут обеспечить температуру подогрева воздуха до 1000 °С и более.

Для охлаждения воздуха после компрессоров используются водовоздушные радиаторы, в которых температура воздуха может быть снижена до 5 °С. Для более глубокого охлаждения используются холодильные станции (ХС). Примерная схема одной из них приведена на рис. 4.12. Пары фреона холодильного агрегата проходят испарители И₁ и И₂, сжимаются во второй ступени компрессора, а затем охлаждаются и конденсируются в конденсаторе. Воздух проходит через все элементы ХС, охлаждается и поступает в термобарокамеры. В современных холодильных установках воздух может быть охлажден до - 70 °С. Кроме того, для охлаждения воздуха могут применяться холодильные турбины, где температура воздуха может быть существенно понижена. Развиваемая мощность турбины поглощается гидротормозом. Кроме того, мощность турбины может быть использована для вращения электрогенераторов или компрессоров.

Система осушка воздуха. При испытаниях необходимо обеспечить подачу воздуха с влагосодержанием, соответствующим заданной высоте полета. С увеличением высоты содержание влаги уменьшается. Например, если на уровне земли содержание влаги составляет d=5 г/кг и более, то на высоте 12...16 км d=0,02 г/кг.

Осушка воздуха может производиться путем вымораживания влаги или поглощением ее адсорбентом.

Вымораживание влаги производится при резком охлаждении воздуха, истекающего из сопла или проходящего через холодильную турбину. При этом происходят выделение и конденсация воды, которая отделяется от потока в сепараторах.

При осушке с помощью адсорбентов воздух пропускается через влагопоглощающие колонки. В качестве адсорбента используются силикогель - двуокись кремния, амюмогель - окись алюминия и другие гидрофильные вещества. Установка состоит из нескольких колонок, наполненных адсорбентами. Колонки включаются поочередно. В отключенные колонки подается нагретый воздух. При этом влага из поглотителя удаляется. По мере насыщения влагой силикогель синеет. При нагревании он теряет влагу и его начальный цвет восстанавливается. Это свойство и является индикатором работоспособности поглотителя. Объем колонок и количество адсорбента весьма велики.

Устройства для осушки воздуха требуют больших площадей и затрат на капитальное строительство, а при эксплуатации - затрат энергии на работу осушающих устройств.

Эксгаустерные устройства. Эксгаустерные устройства предназначены для отсоса выхлопных газов двигателя и создания этим самым полетных условий в барокамерах и сопле двигателя. Эксгаустерная станция состоит из компрессоров - эксгаустеров.

На современных испытательных станциях суммарный объемный расход превышает 4000 м /с. а минимальное давление может достигать 3,0 кПа, что соответствует высоте Н=24 км. Суммарная мощность, необходимая для работы эксгаустерных станций, превышает 160 МВт.

Date: 2016-01-20; view: 1483; Нарушение авторских прав